Пермский государственный технический университет Пермский государственныйтехнический университет РЕФЕРАТ НЕОРГАНИЧЕСКИЕАНИООБМЕННИКИ, СИНТЕЗИРОВАННЫЕ НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ Выполнил Нагорный О.В. Пермь,2000ВВЕДЕНИЕ Впредставленных статьях гидроксиды металлов рассмотрены в качестве ионитов вразличных водных и смешанных средах.Обсуждены химические и физическиесвойства, методы синтеза и сорбционная активность гидроксидов металлов.Разобраны кинетика и термодинамика ионного обмена на гидроксидных ионитах.
Наобширном экспериментальном материале сделаны выводы о механизме сорбции ипредложены модели, описывающие этот процесс.Показанавозможность применения гидроксидных материалов в качестве неорганическихионитов в аналитической химии, химической технологии и промышленной экологии. Селективность таких ионообменников позволяет использовать их как при разделениисмесей, так и для извлечении из сложного раствора какого-то одного конкретногоиона.ГИДРОКСИДЫ МЕТАЛЛОВ, ОБЛАДАЮЩИЕ БРУСИТОВОЙ СТРУКТУРОЙ Большаячасть статей посвящена изучению анионообменных свойств гидроксидов металлов,имеющих слоистую структуру типа брусита.
В настоящее время их выделяют вотдельную группу соединений. Для них характерно построение кристаллическойрешетки из отдельных слоев, соединенных водородными связями или силамиВан-дер-Ваальса.Внедрение анионов в межслоевые пространства таких гидроксидовпроисходит на основе нуклеофильного замещения функциональных гидроксогрупп.Важно,что гидроксиды различных металлов со слоистой структурой могут образовыватьтвердые растворы замещения, обладающие рядом ценных ионообменных свойств.Представленные публикации отражают современный уровень исследований по этойпроблеме в мировой практике.
Рис. Мотив решетки гидроксидов металлов со слоистойструктуройтипа брусита.Вработах 1-2, 5-7 указывается на возможность использования в качествеанионообменных материалов так называемых слоистых двойных гидроксидов СДГ . Cтруктура СДГ M2 1-xM3 x OH 2 anionn- x n.mH2O состоит из положительно заряженных гидроксидных слоев M2 1-xM3 x OH 2 x и анионов,находящихся в межслоевом пространстве.
Интерес исследователей к этому классусоединений обусловлен возможностью вариации их свойств путем замещения анионовв межслоевом пространстве или атомов металла в гидроксидном слое. МЕТОДЫИССЛЕДОВАНИЯ Висследованиях широко применяются химические и физико-химические методы анализа.К наиболее часто используемым методам относятся инфракрасная спектроскопия,рентгенофазовый анализ, атомно- абсорбционная спектроскопия итермогравиметрический анализ.Так,результаты рентгенофазового анализа свидетельствуют о возможности расширениямежслоевых пространств гидроксидов при интеркаляции в них различных анионов.Например, в статье 1 показано, что при внедрении в Mg-Al СДГтерефталат-анионов происходит изменение параметра решетки С от 9 до 14 .Это позволяет извлекать гидроксидными ионитами из растворов достаточно крупныеанионы.Инфракраснаяспектроскопия использована для анализа состояния анионов в составе различных гидроксидов.Например, приведены инфракрасные спектры поглощения продуктов сорбциинитрат-ионов на гидроксидах таких металлов, как Zn, Cu, Ni и La 6 .Атомно-абсорбционныйанализ применяется во многих работах, например, в 4 при определенииконцентраций ионов в растворах.
Термогравиметрическийанализ позволяет проследить процессы, происходящие при нагревании гидроксидныхматериалов.
Примером применения термогравиметрии может служить исследование,проведенное в работе 6 . Здесь проанализирована устойчивость к нагреваниютерефталатных, ацетатных и бензоатных производных от соединений вида Zn5 OH 8 NO3 2 2H2O, Cu2 OH 3NO3 и La OH 2NO3 H2O.Полученные экспериментально кривые DTA показываюттемпературу, при которой начинается термическое разложение первоначально взятыхобразцов и глубокая перестройка структуры соединений.
Кривые DTG отражают потерю массы образца при нагревании.Показано, что потеря массы твердой фазы происходит за счет отделения привысокой температуре таких легколетучих веществ, как H2O, CO2, NO и др. Полученные в работе результаты позволилиохарактеризовать термическую устойчивость гидроксидных ионитов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Такимобразом, рассматриваемые публикации показывают, что сегодня продолжаетсяинтенсивное исследование неорганических ионитов. В частности, ведется активныйпоиск неорганических материалов с анионообменными свойствами.Среди наиболееперспективных указываются гидроксиды металлов.
Химическая модификациягидроксидных материалов позволяет получать широкую гамму анионообменников, обладающихвысокой обменной емкостью. В качестве ионитов могут быть использованы какиндивидуальные, так и смешанные гидроксиды металлов.В публикации 5 отмечается, что есть возможность синтеза различных по свойствам гидроксидныхионитов, включающих такие металлы, как Mg2 , Fe2 , Co2 , Cu2 , Ni2 , Zn2 , Al3 , Cr3 , Ga3 или Fe3 . Этозадает интересные темы для исследований и обуславливает множество вновьпоявляющихся публикаций.БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Steven P. Newman, Samuel J. Williams, Peter V. Coveney, William Jones. Interlayer arrangement of hydrated MgAl layered doublehydroxides containing guest terephtalate anions comparison of simulation andmeasurment Journal of Physical Chemistry.1998. V.102. P.6710-2. Masami Kaneyoshi, William Jones. Exchange ofinterlayer terephtalate anions from Mg-Al layered double hydroxide formation ofintermediate phases Chemical Physics Letter. 1998. V.296. P.183-3. Nasr Z. Misak. Outlines of the ion exchangecharacteristics of hydrous oxides Advances of Colloid and Interface Science.1994. V.51. P.29-4. Milan Marhol. Ion exchanger in analitycal chemistry,their properties and use in inorganic chemistry. 1982. p.5. Masami Kaneyoshi, William Jones. Formation of Mg-Allayered double hydroxides inter calated with nitriloacetate anions Journalof Chemistry Materials. 1999. 9. P.805-811.6. Steven P. Newman, William Jones. Comparative study ofsome layered hydroxide salts containing exchangeable interlayer anions Journal of Solid State Chemistry. 1999. V.148. P.26-407. Samuel J. Williams, Peter V. Coveney, William Jones.Molecular dynamics simulation of the swelling of terephtalate anions Journalof Solid State Chemistry.1999. V.21. P.183-189.